afm原子力顯微鏡案例分享之自組裝鐵電聚合物使耐用柔性存儲器成為可能：來自中國的科研人員利用自組裝P(VDF-TrFE)共聚物制作了一種鐵電隨機存取存儲器(FeRAM)。通過在納米量級對一臺原型設(shè)備進(jìn)行表征進(jìn)一步驗證了這一設(shè)備具有很強的熱穩(wěn)定性，且其存儲密度高達(dá)約60GB/in2。
FeRAM設(shè)備的高存儲密度與低能耗的優(yōu)點使其在各種數(shù)據(jù)存儲的應(yīng)用領(lǐng)域都具有很強的競爭力。而柔性的鐵電存儲器甚至可以進(jìn)一步增強其優(yōu)勢。然而無機鐵電體通常比較脆，而有機鐵電體的熱穩(wěn)定性又受到很大的局限。
來自清華大學(xué)的科研人員利用一種有機鐵電物質(zhì)聚偏氟乙烯–三氟乙烯[P(VDF-TrFE)]制備了一種鐵電存儲器。他們通過低溫自組裝技術(shù)制得了一種有序側(cè)向排列的納米片晶陣列。
他們在納米等級對這一器件進(jìn)行了鐵電表征，實驗結(jié)果表明翻轉(zhuǎn)電畤的ZUI小“單位”可以小至100x100 nm2，從而可以得知其存儲密度約為60GB/in2。 除此以外，寫好的疇結(jié)構(gòu)即使靜置一個月后也沒有明顯變化。帶有這種自組裝薄膜的器件即使在較高溫度下仍能保持穩(wěn)定，這一點與普通的帶有旋涂薄膜的器件相比具有明顯優(yōu)勢。這一行為可以由相鄰晶界的釘扎效應(yīng)的到很好的解釋。
這一實驗結(jié)果表明了一種制造更耐用的柔性鐵電存儲設(shè)備的新方法。同時這一研究也表明了通過自組裝技術(shù)來制備功能納米材料的有利前景。
文中的各項AFM原子力顯微鏡實驗均是通過多場耦合原子力顯微鏡實現(xiàn)的。其中納米形貌表征使用到了接觸模式，而鐵電行為的表征則利用了壓電力顯微鏡技術(shù)，所用探針為導(dǎo)電探針。文中的實驗結(jié)果都是原子力顯微鏡的內(nèi)置軟件來在探針上施加脈沖電壓，再對樣品的面內(nèi)及面外響應(yīng)進(jìn)行**的實時測量而得到的，而施加電壓的頻率及電壓值則可由用戶自行任意設(shè)置。研究人員還通過一個帶有加熱功能的樣品臺對樣品所處環(huán)境進(jìn)行了精確控制。
參考文獻(xiàn): M. Guo, J. Jiang, J. Qiang et al., Flexible robust and high-density FeRAM from array of organic ferroelectric nano-lamellae by self-assembly. Adv. Sci. 6, 1801931 (2019). https://doi.org/10.1002/advs.201801931